放射性标记技术在生物学中的应用

放射性同位素

放射线 半衰期

同位素示踪技术

细胞(结构与功能) 食物链

如14C

新陈代谢 放疗 环境污染

诱变育种 DNA

胚胎发育

矿质元素15N

复制 细胞核

光合作用

呼吸作用 有机物代谢途径

研究遗传物

生物膜 细胞器

同位素专题知识体系网络结构图

高三专题复习-------放射性同位素在生物学中的应用

教学目标：

教学重点：

1、 梳理知识的思维方法(由网络结构图发散思维引导联想思维能力的训练)

2、 解题过程和解题方法的训练 教学难点：例2和例3的解题过程及方法 教学过程：

一、梳理知识体系，形成网络结构

同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变。人们可以根据这种化合物的放射性，对生物体内各种复杂的生理、生化过程进行追踪的方法，就是放射性同位素示踪法。如示踪原子追踪光合作用、呼吸作用的过程、胚胎发育过程、细胞的结构和功能、蛋白质(酶)的形成以及遗传物质的研究等等。14C 、18O 、15N 、3H 、32P 、35S 等都是常用的示踪原子。 二、 同位素技术的考题类型及解法

(一) 学科内综合分析题

例 1 同位素示踪技术在生物学的研究中被广泛应用。分析下列有关实验：细胞数目相等的两组小鼠肝细胞，用含有3

H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，A 组加入某物质，B 组不加，经过一段时间培养后，洗去培养液，分别取出两组的全部细胞，测量每组的总放射性强度，结果 A 组显著大于B 组。请回答：A 组加入的物质的作用是_______。3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于细胞中_________的合成，它在细胞中主要分布的部位是____________。

解析：通过审题可以简略绘图示。 答案：促进细胞分裂 DNA 细胞核

本题主要考查细胞分裂及细胞核内DNA 分子复制(时间、场所、原料或组成单位)。 ［解综合分析题的思路］：

1、 确认题干的中心知识点(内容)

2、 依题意分解中心知识为各分枝知识

3、 分析各知识点的内在联系，将中心知识变通扩展

*

T

加某物质

*

B

*

A

>

DNA 数目：A 组大于B 组 细胞数目：A 组大于B 组 细胞分裂(次数)：A 组大于B 组

4、 针对性作答。

(二) 放射性同位素有关计算题

例2 假设14N 的DNA 分子的相对分子质量为a ，含有15N 的该DNA 分子的相对分子质量为b ，将含有

14

N 的DNA 分子置于

15

N 的培养基中连续培养复制二次，所得DNA 的相对分子质量平均为

______________。

解析：本题考查DNA 半保留复制的有关知识。解题方法为图示法(如图所示)：

答案：(a ＋3b)/4 扩展：如果复制n 次呢→[a+(2n －1)b]╱2n 。15N 的DNA 置于14N 的培养基中连续复制n 次，则a 与b 交换。 放射性同位素有关的计算内容主要有： 1、 生物化石年代的计算 2、 光合作用的物质量的计算 3、 呼吸作用的物质量的计算 4、 DNA 分子及碱基数的计算

(三) 坐标图象题

例3 从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有14C 氨基酸的培养液中，培养液中这些细胞器完成其功能所需的物质和条件，连续取样测定标记的氨基酸在这些细胞器中的数量。下图中正确的描述曲线是( )

解析：本题考查生物图象识别能力和细胞器的功能即与蛋白质合成加工、运输、分泌过程有关的细胞器。(排除法解题)中心体不能形成蛋白质，C 、D 项错误。而与蛋白质合成加工、运输、分泌有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体。核糖体内把氨基酸合成为多肽链，经过内质网的加工运输到高尔基体分泌到细胞外面去，整个过程都需要线粒体产生的能量ATP 。如图，本题解答的关键是曲线的“起点”。

选B 。

［解坐标图象题的思路］ 1、 识图要“四看”：

一看纵横坐标含义； 二看特殊点(起点、转折点、终点)； 三看变化趋势(规律)； 四看曲线(与坐标)之间的关系。 2、 运用知识“嫁接”分析综合图象与生物学含义。 3、 针对题意运用图象特征解决问题。

时间 14

时间

14

时间

时间 14

A

B

C

D

a b b

b

求：DNA 质量平均值

(a ＋3b)/4

a b

已知: 15

14 14

15

内质网加工运输

高尔基体加工运输分泌

蛋白质形成 分泌过程：

核糖体合成多肽链

生物学含义

文图转换

0 时间

14

C 氨基酸数

细胞膜外排

(四) 科普材料信息题

例4 6027Co 是典型的γ

如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积达到3000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大，γ射线处理作物年主要引起_基因突变__，从而产生可遗传的变异，除γ射线外，用于人工诱变的其它射线还有

__紫外线_、__中子流__和__X 射线___

。

解析： 审题读懂信息材料(如图示)，本题的中心知识点是“诱变育种”。科普信息题的特点是具有综合性、时代性、先进性。大纲考纲要求“读懂自然科学的资料，看懂图、表所包含的信息，能从文字、图表中提取所需的信息并从中找出规律”。

要求考生具备“获取信息，处理信息，解决问题的能力”。其解题思路是：

1、 阅读材料，读懂并接受信息。

2、 处理提炼有用材料。

3、 将知识“嫁接”于材料信息中分析解决问题。 三、练习题

1、具有放射性的14C 其半衰期为5686年，空气中12C 与14C 的存量比约为1012∶1.2，活着的生物体141／8，请估算该化石的年代。 ( )

解析：“14C 的存量为空气中的1／8”即1／23 →经过3次半衰期→3×2、在医疗卫生上，用放射性钴69放出的γ射线治疗肿瘤(称为放疗)，其原理是利用了γ射线的 ( ) A 、电离作用，使肿瘤细胞转化 B 、贯穿作用，导致基因突变 C 、高能量，杀死肿瘤细胞 D 、热作用，减轻病人痛苦 3、动物胚胎学家研究胚胎发育时，用同位素将囊胚时期的植物半球表面的部分细胞作上标记。同位素

示踪的结果，这些标记可能出现在蝌蚪的 ( )

A 、肝脏和胰腺

B 、骨骼和肌肉

C 、心脏和肾脏

D 、大脑和小脑 4、下列用同位素示踪法在生物学上的有关实验 (1)如果有18

O 标记的水浇灌某盆栽植物，并将该盆栽植物置于光照下。一段时间后，在植物体周围的空气中，能够收集到含18

O 的物质有氧气、水和二氧化碳，它们分别是由_ _、_ _和__ _生理过程产生的。

(2)在光照条件下，向培养小球藻的试管中通入用

14

C 标记的浓度为1%的14

CO 2 第5分钟再通入浓度为2%

的14

CO 2，第15分钟再供给0.003 %14

CO 25分钟。在这个过程中分别检测小球藻内的葡萄糖、三碳化合物、五碳化合物的放射强度得到如图a 、b 、c 三条曲线，这三条曲线表示的化合物依次是__ __、___ __、__ __。

5、有人用原子示踪法做实验，给绿色植物施用含放射性同位素15

N 的氮肥，让人吃了这些植物，最后在尿液中检测出15

N 。下列有关15

N 的行程分析不正确的是 （） A. 15

N （15

NH 4+

或15

NO 3-）首先经主动运输到细胞内部 B.经化合作用15

N 转变成葡萄糖、淀粉，最后转化成植物蛋白

C.人吃进植物蛋白，经消化吸收循环进入各细胞，在细胞内15

N 参与组织蛋白合成 D.有些组织蛋白分解产生CO 2、H 2O 和尿素，含15

N 尿素经肾脏以尿的形式排出体外 6、用同位素

18

O 标记的CO 2作原料，供给植物进行光合作用。当植物进行有氧呼吸时，在呼吸产物

CO 2和H 2O 中，含18O 的应是 （ ）

A.H 2O

B.CO 2

C.H 2O 和CO 2

D.H 2O 或CO 2

γ射线

(高能) (基因突变)

新品种

诱变育

种 中子流 X 射线

紫外线 化

合物相对量

5

15